[發(fā)明專利]空氣背襯無彈性體光纖水聽器探頭及加工方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910231723.5
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN110006517A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉瑞;陳志明;金夢群;汪樟海;高曉文;謝勇;葛輝良
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所
• 主分類號(hào): G01H3/00
• 分類號(hào): G01H3/00;G01H9/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發(fā)明公開了一種空氣背襯無彈性體光纖水聽器探頭及加工方法，主要包括光纖線圈和支撐剛體，支撐剛體的外圓面上設(shè)置凹槽，光纖線圈同軸固定在支撐剛體的外圓面上并與凹槽形成密閉空腔作為空氣背襯；光纖線圈由光纖繞制成所需形狀，通過粘接內(nèi)部所有光纖相鄰表面而成一體并在光纖之間形成光纖間隙。本發(fā)明的有益效果為：光纖水聽器探頭無彈性體，有效降低了水聽器重量與體積，拓展了光纖水聽器在輕小型聲陣列領(lǐng)域的應(yīng)用。無彈性體光纖水聽器探頭中光纖線圈直接與支撐剛體固定，有利于輕小型光纖水聽器的實(shí)現(xiàn)；聲場直接引起光纖線圈中光纖長度變化，靈敏度影響因素單一；針對不同應(yīng)用需求，可通過改變線圈內(nèi)光纖間隙粘接劑的體積與材料參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖水聽器探頭，主要是一種空氣背襯無彈性體光纖水聽器探頭及加工方法。

背景技術(shù)

光纖水聽器是將水中聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為可探測光信號(hào)調(diào)制的一種光纖傳感器，因其具有靈敏度高、不易受電磁環(huán)境干擾、易于復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)，近年來在軍民領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。空氣背襯光纖水聽器因其工藝簡單，性能優(yōu)良而得到廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)有的空氣背襯光纖水聽器由支撐剛體、彈性體、光纖線圈組成，通過在支撐剛體上密封固定彈性體，支撐剛體與彈性體之間密封形成密閉空腔，光纖繞制于彈性體上。彈性體占用了水聽器探頭的體積與重量，在輕小型應(yīng)用場合中此問題尤為突出；靈敏度受到兩種材料之間的應(yīng)變傳遞效率限制，影響因素復(fù)雜；靈敏度與環(huán)境性能的改進(jìn)方法有限。將所述水聽器置于水聲場中時(shí)，彈性體帶動(dòng)光纖線圈的形變，并導(dǎo)致光纖纖芯的長度與折射率變化(彈光效應(yīng))，從而導(dǎo)致光纖中傳輸光的相位變化，通過光干涉將該相位變化檢測出來即可提取作用其上聲壓信號(hào)。

聲場引起光纖形變后，根據(jù)彈光效應(yīng)，單模光纖徑向折射率改變與各向異性應(yīng)變的關(guān)系式為式(1)：

式(1)中Δn為單模光纖徑向折射率改變，n為光纖折射率，P₁₁與P₁₂為光纖纖芯的彈光系數(shù)，ε_z為光纖纖芯軸向應(yīng)變，ε_r為光纖纖芯徑向應(yīng)變。

光相位改變與折射率、長度改變的關(guān)系式推導(dǎo)為式(2)：

式(2)中ΔΦ為光相位改變，β₀為真空中光傳播常數(shù)，L為光纖總長，ΔL為光纖長度改變。

將式(1)代入式(2)可得光相位改變與纖芯應(yīng)變的關(guān)系式為式(3)：

由式(3)可知，仿真計(jì)算光纖水聽器在受到聲場作用時(shí)光纖軸向、徑向應(yīng)變，代入光纖長度等參數(shù)，即可計(jì)算水聽器靈敏度。

除靈敏度外，光纖水聽器的應(yīng)用還受到環(huán)境性能、體積、重量限制。現(xiàn)有空氣背襯光纖水聽器主要通過改變光纖長度、結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)材料參數(shù)等方法改變各項(xiàng)性能，但效果有限。所以，需尋找一種新的輕小型且易于提高靈敏度與環(huán)境性能的空氣背襯光纖水聽器結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

針對已有光纖水聽器探頭體積與重量不易減小、靈敏度與環(huán)境性能不易優(yōu)化的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種空氣背襯無彈性體光纖水聽器探頭及加工方法，以有效降低水聽器重量與體積，通過調(diào)整粘接劑參數(shù)方便改變水聽器靈敏度與環(huán)境性能。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的。一種空氣背襯無彈性體光纖水聽器探頭，主要包括光纖線圈和支撐剛體，無彈性體，支撐剛體的外圓面上設(shè)置凹槽，光纖線圈同軸固定在支撐剛體的外圓面上并與凹槽形成密閉空腔作為空氣背襯；所述光纖線圈由光纖繞制成所需形狀，通過粘接內(nèi)部所有光纖相鄰表面而成一體并在光纖之間形成光纖間隙。

所述的光纖間隙內(nèi)填充有粘接劑，通過改變粘接劑的體積與材料參數(shù)，改變光纖水聽器的靈敏度與環(huán)境性能。